城市照明供电线路漏电监测系统应用

廖雯瑜，朱其猛

(深圳市市容景观事务中心，广东 深圳 518000)

引言

随着经济社会的快速发展，城市照明行业也取得了长足的进步，然而由于城市照明设施随处可见并带电作业的特殊性，设施运行用电安全显得格外重要。近些年全国各地出现多起因城市照明设施漏电伤人的安全事件，引起照明行业管理人员的高度重视。长期以来，照明行业管理和从业人员花费大力气探索如何及时发现照明供电线路漏电隐患、如何及时消除隐患，收效都不甚理想，如何运用智慧化手段实现城市照明供电线路漏电安全管理也成为当前城市照明领域研究的一个热点。

1 照明供电线路漏电原因

城市照明设施漏电隐患点主要有箱式变电站、配电箱、供电线缆、接线井盖、灯杆、灯具、外接非照明设备用电等，造成照明设施漏电的原因复杂多变[1]。其大致可归为3类，即供电电源问题、电气线路电缆及接头漏电、灯具及外部引线和外接负载漏电。根据日常维护作业情况，电气线路电缆及接头漏电和灯具及外接引线漏电约占照明设施漏电问题的80%。

1.1 电气线路电缆及接头漏电

电气线路电缆漏电通常有三个原因：一是线路老化，因地下及杆内环境潮湿恶劣、建设施工时采取混凝土直接包封、直埋电缆等，造成线路绝缘层老化破损漏电；二是外力造成线路机械损伤，安装维修时碰伤、拉伤或过度弯曲，其他工程施工误伤、树木生长、土地沉降、灯杆倒伏拉扯电线等造成线缆绝缘层破坏漏电；三是电缆设计和制作工艺不良，因施工设计不周或线缆材质劣质，长期过载运行引发漏电。

线缆接线头漏电通常是接线头过热熔化绝缘层漏电或接线头未做防水导致过水漏电。在建设施工和维护作业时，线路接头绝缘处理不符合规范或虚接电缆，电线积聚发热致使绝缘层融化，导致漏电情况发生。暴雨天气，积水漫过照明设施的线路接头或其他电气设备，线路接头和电气设备未做防水处理，导致漏电情况发生。

1.2 灯具或其他设施问题导致漏电

在维护维修灯具、开关设备等照明设施过程中，造成灯具绝缘被破坏，致使带电的接口、焊点与灯杆接触，造成漏电情况发生。

2 城市照明供电线路漏电安全管理现状及分析

城市照明漏电安全管理是行业管理的核心，也是长期以来困扰照明管理人员的难题，目前在城市照明行业对照明供电线路漏电安全管理主要通过人工定时检测、安装漏电保护开关、安装漏电监测系统三种管理手段。

2.1 人工定时检测

人工定时检测分为两种，一是使用钳形电流表对控制箱内每一条输出供电线路进行检测是否存在漏电电流；二是使用验电笔现场对控制箱或每一输出供电回路上所控制的每一基路灯具外壳检查是否带电。通过人工定时检测照明设施及供电线路的漏电情况，对箱式变电站、配电箱等设施进行实地检查，能直观地了解照明设施漏电状态，但时效性差，人力成本高、效率低，不能对城市照明设施漏电情况进行实时监测。

2.2 安装漏电保护开关

当控制箱或灯杆内安装漏电保护开关或漏电保护器[2-4]时，如果照明设施发生漏电，漏电保护开关或漏电保护器通过零序电流互感器检测出一个漏电电流，使继电器动作，漏电开关断开实现漏电保护。此方法具备断电保护功能，可一定程度上避免发生二次事故[5-7]。但漏电保护动作电流调节范围小，需要现场设置，不能对漏电电流进行实时监测，漏电保护后无法主动发现和远程复位。

2.3 安装漏电监测系统

在控制箱内安装漏电监测终端，实时监测各供电线缆的泄漏电流，漏电终端根据设定的阈值开启漏电保护，通过后台管理系统实时监测线路的漏电电流和终端状态。安装漏电监测系统，一定程度上实现照明设施漏电实时监测和自动漏电保护。但此类漏电监测系统存在通讯不稳定、在线率不高、漏电预警误报率较高等问题，同时也缺乏漏电数据过程的记录及分析、漏电报警智能化处置等功能，系统功能相对单一。

针对目前城市照明供电线路漏电安全监测通讯稳定性差、漏电预警误报率高和漏电智能化处置空白等问题，本文所述系统运用物联网通讯方式提升终端设备信号的稳定性，通过动态优化终端漏电预警和保护阈值提升漏电预警准确率，在漏电预警处置过程中探索与漏电监测与照明设施资产管理、运维工单管理、GIS地理信息系统等关联综合应用，以期达到漏电预警发现及时、准确、问题处置快速高效的效果。

3 城市照明供电线路漏电监测系统

3.1 系统总体架构

城市照明供电线路漏电监测系统是城市照明一体化平台不可或缺的一部分，如图1所示。平台分为5个层次，分别为基础设施层、支撑层、数据资源层、业务应用层和用户层。本文漏电监测系统严格按照5层架构嵌入一体化平台。

图1 城市照明一体化平台架构图Fig.1 Architecture diagram of integrated urban lighting platform

(1)基础设施层：在箱变供电回路安装漏电监测终端设备，用于实时监测照明供电线路各回路的节点电流值和执行平台下发优化漏电预警及断电保护指令，并根据系统设置漏电保护阈值开启漏电保护。

(2)支撑层：运用4G物联网保障通讯稳定性，实现终端与平台交互，传输漏电终端监测电流和设备状态数据，同时实现对终端的在线管理。

(3)数据资源层：通过对终端监控数据、资产数据及运维数据的治理、分析，形成业务应用层可读可用的有效数据。

(4)业务应用层：实现漏电在线监测、终端管理、漏电预警处置等，并基于一体化管理平台，与照明设施资产管理、维护作业智能工单及照明将管理电气图关联应用，实现漏电实时监测、实时预警，漏电工单自动生成推送和高效检修处置的全流程智能化管理(漏电监测及预警处置流程图如图2所示)。

图2 漏电监测系统及处置应用工作流程图Fig.2 Flow chart of leakage monitoring system and disposal application

(5)用户层：维护企业通过维护作业APP，并基于应用层的关联应用，实时接收工单并通过设施资产位置信息快速到达故障现场，准确定位漏电回路，缩短排查时间，提高维护效率。管理人员可以在APP或WEB端随时查看照明设施整体运行状态、漏电情况及检修情况。

3.2 漏电监测终端设备

3.2.1 终端漏电监测技术原理

在照明供电回路上安装漏电终端以实时采集该回路线路节点流入和流出电流，根据基尔霍夫第一定律(Kirchhoff’s first law)：供电电路中任一节点的流入电流之和等于流出电流之和，即∑iin=∑iout，若I=∑iin-∑iout≠0，则供电线路回路有漏电现象。

3.2.2 漏电监测终端工作原理

在照明供电点安装漏电监测终端，对每一节点输出的负荷线路安装电流采样互感器对供电线路进行漏电监测采样，漏电采样电流和互感器精度为100/0.1 A(1 000)，实现7×24 h连续监测，漏电监测终端采样模拟量电路图如图3所示。

图3 漏电监测终端采样模拟量电路图Fig.3 Circuit diagram of analog signal sampling for leakage monitoring terminal

3.2.3 终端漏电预警及漏电保护

漏电监测终端通过对比漏电电流采样互感器采集的模拟量信息与系统下发的漏电报警和漏电保护阈值，智能化判断是否预警漏电及漏电类别并同步将监测数据和操作一并上报后台系统，终端将实时接收系统数据分析优化后阈值自动更新预警标准。

3.3 漏电监测系统及应用

3.3.1 系统实时漏电监测

漏电监测系统将终端监测回传的照明线路电流数据与三遥监控系统电气图关联，将回路电流和漏电实时数据、历史数据显示在电气图上，并对照明控制点内所有的供电线缆、线路编号及方向整合统一显示，以便监控人员监测控制点漏电电流值、漏电线路方向以及路灯三遥自动监控的工作状态、线路负荷电流等，达到对照明线路运行状态和漏电情况实时监测。具体流程如图2所示。

3.3.2 漏电报警和漏电保护阈值管理

(1)漏电报警和漏电断电保护初始值设定：系统刚上线试运行时，根据实时监测的漏电电流设定漏电报警阈值，按人体安全电流值设置终端漏电断电保护阈值。

(2)漏电报警和漏电保护阈值动态优化：设备安装完成投入运行后，系统对监测线路的漏电历史数据进行完整记录，根据历史漏电值与当前线路设定的漏电报警、漏电保护阈值进行对比，对7 d内漏电历史电流与设定值相差较大的线路进行自动分析，通过对比结果优化并结合现场维护工单反馈的数据优化调整漏电报警和漏电保护阈值。

3.3.3 漏电故障报警

漏电终端当监测到漏电数据达到设定的漏电报警和漏电断电保护值时，自动采取预警或断电保护措施，并将漏电问题上报至漏电监测系统，系统将对应漏电值及漏电线路名称在电气图中实时报警弹窗显示。

3.3.4 漏电预警处置

在城市照明一体化管理平台中嵌入漏电监测系统，打通与已有照明资产管理、GIS地理信息管理、工单维护管理系统等数据强关联，实现供电线路漏电问题精准监测、及时推送工单、维护作业及时抢修的全流程智能化管理。

(1)漏电故障报警处理：当出现漏电报警时，系统将根据报警终端所关联的资产设施信息自动触发生成漏电维护工单，推送到设施维护人员账号中，维护人员通过手机APP实时查看漏电工单，根据问题控制点资产定位信息前往目标现场开展维护作业。

(2)漏电故障处理回复：现场维护人员对漏电故障修复完成后，通过手机APP对维修线路的漏电值进行实时核查，并对故障修复情况在线回复，提交监控中心核实确认系统实时漏电情况，在漏电工单上能对其查看控制点漏电线路实时监测漏电数据和历史漏电数据。

3.3.5 漏电保护远程恢复

漏电终端监测到漏电并超过漏电保护阈值时，漏电终端自动断电保护，同时将漏电保护报警信息上传至系统。当漏电断电问题解除后，监控人员可在确认现场安全情况下，进行远程操作漏电保护恢复，无需维修人员到现场操作合闸。

3.4 漏电监测系统运行情况及性能指标分析

3.4.1 照明线路漏电监测系统试验数据

本文选取福田区范围125台路灯电源点(箱式变电站、配电箱)、1 505条监测线路作为样本，对系统漏电监测数据及漏电情况统计分析。表1为2023年7月24日全天漏电监测系统内所监测的福田区1 505条照明线路的漏电情况，当日共监测到20条回路存在泄漏电流超标情况，占比为1.33%。其中最大漏电电流在1～2 A的回路有15条，2～5 A有3条，大于5 A的回路有2条(表1)。

表1 照明供电回路漏电数据统计表

表1中，漏电预警信息中包含漏电线路、所属箱变、漏电最大电流等信息，通过系统智能工单，将漏电预警信息自动生成问题处置工单，维护人员通过维护APP查看各工单漏电严重情况决定工单处置顺序并通过箱变编码及回路编号关联资产位置数据，快速赶赴现场、准确定位漏电回路进行排查、处置，大大提高问题发现、处置效率，缩短断电时长。

3.4.2 漏电监测及应用系统性能指标及效益分析

本系统投入使用，实现照明线路漏电实时在线监测、漏电实时预警、漏电自动化流转处置全流程智能化管理。采用4G物联网通讯提升了终端设备在线率和通讯的稳定性，提高了发现线路漏电的效率和预警的准确性，同时与智能工单、GIS照明设施资产系统关联应用，大大提高了定位问题、处置问题的效率，有效减少了检测维修人力成本、漏电损耗和检修停电时长。表2为本系统与其他几种漏电安全管理方式综合效果对比和效益分析。

表2 几种漏电安全管理方式效果和综合效益对比

4 进一步全面实现照明设施漏电安全管理建议

(1)分类管理、分级处置、灵活运用监测系统，高效运用维护力量。目前在城市照明行业中暂时没有对照明供电线路漏电检修的相关标准参考，也没有漏电监测和漏电保护阈值设定限值的标准。因此，结合深圳运用实际情况，对城市照明供电线路的漏电风险点及触电风险进行了划分，见表3，仅供参考。

表3 城市照明供电线路的漏电风险点及触电风险进行划分等级

(2)闭环调整，逐步消除漏电隐患。在建设漏电监测系统框时，需要贯彻全周期管理的理念，随着漏电隐患消除，报警频次会由初期高峰趋于平稳。因此，在制定防漏电管理计划时，要以闭环的思维进行动态调整。管理人员根据漏电维修反馈的整改工单，结合漏电监控系统，进行动态调整每一回路的漏电报警阈值，在排查中不断优化漏电监测系统中每一条线路的预警值和保护值设置，真正做到精细化管理和高效化风险排查，逐步消除漏电隐患，防范漏电事故的发生。

(3)拓展功能，提高隐患整治效率。目前常用的城市照明供电线路漏电监测系统，由于厂家、批次以及安装时间上的差异，功能也千差万别，如早期的产品要求用户登录厂家的管理系统，需要人工定期登录进行超标数据的收集，才能对设施漏电情况进行统计，对漏电监测系统及漏电监测终端应按照本文所介绍的漏电监测系统的报警和保护机制、漏电报警及漏电保护报警值的优化等功能、性能需求，随着城市照明漏电管理的要求，不断拓展和优化功能，提高漏电故障、隐患的整治效率。

(4)及时修复漏电故障，消除安全隐患，减少电能损失。城市照明供电线路漏电故障的维修不但保障了人身安全，同时也是城市照明管理中一项重要的节能手段，通过修复漏电可以减少能耗的损失。对城市照明供电线路实时监测、漏电态势全过程记录和分析，应作为一项常态化工作。

5 结语

深圳市通过漏电监测项目的实施，实现了对原特区范围内4 787条供电线路的实时监测、漏电报警以及漏电保护管理，有效提高了漏电报警的准确率和处置效率，提升了城市照明漏电安全管理水平。一是大大减少了因照明线路漏电不能及时发现引起的安全事故；二是极大地提高了维护作业人员发现漏电，精准定位问题和解决隐患的效率；三是及时发现解决漏电问题，也大大节约了因线路漏电导致的能源浪费，实现了城市照明绿色、环保、安全的运行。当然，系统投入运行初期，在线路漏电报警和断电保护方面偶尔存在响应过激问题，但随着系统上线运行，通过对大量运行数据分析后不断优化校正漏电报警和断电保护值，系统智能化预警与断电保护更加吻合维护作业需求。下一步我们将针对漏电分类管理，分级处置等标准设置进一步研究，继续提升照明漏电安全管理精细化水平，并着力下大功夫借助大数据、物联网、人工智能等技术全面推动照明行业信息化智能化高质量发展。